西門子6ES71936AF000AA0總線適配器

淺談國產(chǎn)PLC前景與未來
平心而論，國產(chǎn)的自動化產(chǎn)品已經(jīng)為“民族產(chǎn)業(yè)”這幾個字爭了不少光，浙大中控、和利時、上海新華等DCS的產(chǎn)品，已經(jīng)在不少大的行業(yè)里站住了腳，讓HONEYWELL這樣的老牌DCS廠家?guī)缀醴艞壛酥行∠到y(tǒng)的爭奪。雖然，像BP、SHELL這樣的大公司的自動化總包（抑或連運行和維護在內(nèi)）項目，可能只有HONEYWELL、橫河這樣的公司才有資格和實力做，但是，畢竟還是有許多項目，國內(nèi)的公司用國內(nèi)的產(chǎn)品也滿可以勝任的，而且，對于這些項目，昔日那些DCS的*，也很明智地退出了市場，通常，在得知有關(guān)的投標(biāo)信息后，他們會先問一下，“這次招標(biāo)，有邀請國產(chǎn)公司參加嗎？”如果答案是肯定的話，會再問用戶，“你們真的有可能會考慮國產(chǎn)的系統(tǒng)嗎？”如果答案還是肯定的話，他們通常就不會再參與投標(biāo)了。 
        這樣的局面，自然是因為王常力、儲健、李培植們的努力，才會為國產(chǎn)DCS系統(tǒng)爭來這樣的有利局面，雖然在大項目我們還沒有競爭力，雖然按照“二八”原則，我們還是用了80%的努力在爭取那20%的費勁的*，可能是肥肉都讓別人吃了，自己在啃骨頭，但畢竟這20%我們基本已經(jīng)站穩(wěn)了，那80%，只要我們一直在努力，就像我曾經(jīng)說過的，“不怕賊偷，就怕賊惦記”，誰又敢說，中國的產(chǎn)品不會繼續(xù)蠶食、吞噬、占領(lǐng)那80%的肥肉份額呢？
        這是DCS的情形，相比較之下，PLC的份額，就汗顏的多了。工控同行問我，目前國產(chǎn)PLC的份額有1%嗎？我不是很清楚，但我知道，答沒有，應(yīng)該是不會錯的。
        至少，在任何一個PLC的項目的招標(biāo)中，沒有哪個國外品牌的公司，不論是SIEMENS，不論是三菱還是日立、安川，不論是LG，還是臺達(dá)，都不可能因為聽說有國產(chǎn)的PLC品牌參加而自動退出競爭的，不論這國產(chǎn)的是德天奧、凱迪恩還是信捷。
        再聯(lián)想到變頻器的市場，雖然中、高壓的產(chǎn)品和牽引、提升等變頻器市場還是進(jìn)口的天下，但低壓的通用變頻器市場，用戶不再迷信西門子、施耐德、ABB，或者富士、安川、三懇等品牌，國產(chǎn)的，如森蘭、安邦信、惠豐、阿爾法、創(chuàng)杰等品牌，已經(jīng)成為用戶的選擇之一，甚至是產(chǎn)品。
        而人機界面產(chǎn)品，E-VIEW，信捷，威倫通，德天奧等品牌，則早已在用戶、特別是OEM用戶那里確立了品牌地位，SIEMENS，PROFACE，還有那些日本品牌早已從大多數(shù)用戶的選購單中剔除了。現(xiàn)在，用戶對國產(chǎn)的人機界面產(chǎn)品，不是擔(dān)心性能，而是擔(dān)心供貨能力和售后服務(wù)的問題了。
        但是，回到PLC，我們的心情依然回歸沉重。前不久，凱迪恩被人機公司收購，雖然從行業(yè)并購來看是一件好事，但其中涉及到和利時，也不由得讓人擔(dān)心國人對自己的PLC產(chǎn)品的信心。浙大中自被正泰收購，本來以為借助正泰的龐大的低壓電器的銷售網(wǎng)絡(luò)，可以為浙大中自的PLC產(chǎn)品（因為PLC與低壓電器往往是共同使用的）開拓一個廣泛的銷路，結(jié)果，不僅沒有什么效果，反而使正泰的股東對PLC這個產(chǎn)品沒了信心，覺得不如砍掉這個部門，可能對公司的發(fā)展更為有利一些。
        深圳市德天奧科技有限公司從2003年就開始進(jìn)行PLC的研發(fā)和市場開拓，也一直在應(yīng)用，也曾給國內(nèi)從事自動化產(chǎn)品的公司打了一劑強心針，但不久，就歸于平淡，不再吸引人的注意，甚至給人以淡出市場的感覺。實際的情形也確實有這個趨勢，但從去年開始，德天奧科技開始進(jìn)行了不少的扎實的市場工作，“悄悄地進(jìn)村，放空槍的不要”，德天奧科技將市場的焦點轉(zhuǎn)向以機械裝備為主的OEM市場，取得了不少進(jìn)展。
        但是，OEM的市場*是被日本三菱和德國西門子的產(chǎn)品占有主導(dǎo)地位的。其實有些廠家需要的其實是一些低配置的PLC，*可以用國內(nèi)生產(chǎn)的，但他們就是要用日本三菱和德國西門子的產(chǎn)品，要讓用戶改變習(xí)慣、觀念和配套思路，僅僅靠價格，是很難做通工作的。因為，對于OEM用戶來說，自動化產(chǎn)品，只是機械裝備的一個部分而已，他們關(guān)注的不是機械的自動化水平如何的高，而是整臺機械的性能和水平。而一個好的機械設(shè)備里，自動化的水平不一定是較突出和檔的優(yōu)點。因此，德天奧科技針對這一特點，研發(fā)生產(chǎn)的直接使用三菱軟件的PLC產(chǎn)品，同時世界金融危機到來，節(jié)約產(chǎn)品成本，推出了很多直接使用三菱軟件的板式PLC產(chǎn)品，給中國以機械裝備為主的低端OEM市場帶來部分春天。
        這就像在一個好的酒店里，客人是感覺不到有服務(wù)員的存在的。但當(dāng)你需要的時候，他們會很快為你把問題解決了，然后，好象又消失得無影無蹤。而不好的酒店里，服務(wù)員一會來敲門要打掃衛(wèi)生，一會兒問要不要洗衣，而真的當(dāng)你有需要的時候，比如需要加一些茶葉或咖啡，或者需要一個插座或網(wǎng)線的時候，又半天見不到人。在后面一種情況下，即便服務(wù)員是以的茶道水平為您倒茶，或者衣服洗得十分干凈，你也會覺得不舒服。
        其實，在工廠里，自動化系統(tǒng)也是這樣。一個自動化系統(tǒng)運行得很好的工廠，無論是操作人員還是管理人員，是不會感受到自動化系統(tǒng)的存在的。你看到的只是所需要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如壓力、溫度、速度、流量，或者產(chǎn)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)你可能是在現(xiàn)場的操作臺上看到的，可能是在管理者的辦公室的電腦上看到的，你平時，不會覺得有一個自動化系統(tǒng)在工廠里忙碌地運行著。而一旦生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題，如果自動化系統(tǒng)設(shè)計和工作良好的話，你可以得到你所需要的所有的數(shù)據(jù)，來分析問題的原因，而依然不會發(fā)覺其實這些數(shù)據(jù)都是自動化系統(tǒng)提供給你的。
        但是，在一個自動化系統(tǒng)設(shè)計或?qū)嵤┑貌缓玫墓S里，你會經(jīng)常感覺到自動化系統(tǒng)的存在。某個傳感器壞了，信號上不來；某個軟件運行不正常，導(dǎo)致機器出現(xiàn)了故障，某個閥門或開關(guān)在不該動作的時候動作了，導(dǎo)致事故的發(fā)生；等等。你想通過改進(jìn)流程，來提高產(chǎn)量，卻發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)無法支持；生產(chǎn)線經(jīng)常出現(xiàn)某種故障，導(dǎo)致的產(chǎn)品的成品率下降，想改進(jìn)的時候，卻發(fā)現(xiàn)自動化系統(tǒng)做不了任何事情。當(dāng)負(fù)責(zé)人召集負(fù)責(zé)電氣、儀表或者自動化的人來的時候，他們只會告訴你用的什么樣的處理器，用的多快的網(wǎng)絡(luò)通訊速度，用了什么樣的高精度的儀表，等等，但就是無法告訴你怎樣解決這個問題。
        在許多大的制造企業(yè)里都成立了專門的自動化部，但這些自動化部的人們，則將絕大部分精力都放在了自動化系統(tǒng)的本身的改進(jìn)，重點提高自動化系統(tǒng)內(nèi)部的性能，由于自動化系統(tǒng)所涉及的技術(shù)含量較高，也給它蒙上了一層神秘的面紗。
        其實，自動化這個問題，從它的開始的產(chǎn)生，到現(xiàn)在的廣泛應(yīng)用，再到今后的發(fā)展，原因只有一個，就是要改善生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量。自動化不是目的，只是手段，是提高產(chǎn)量、改進(jìn)流程的手段。對許多從事自動化的人員來說，這個說法似乎有些抽象，但是，對工廠的人來說，卻是十分具體的要求。
        目前，在中國的自動化產(chǎn)品制造商和集成商里，有幾個公司能夠真正做到從客戶的角度來關(guān)心自動化的應(yīng)用呢？其實，對于OEM用戶來說，這些客戶，并不想知道你用的控制器是多少速度和內(nèi)存的，也不關(guān)心你用的人機界面是多少分辨率的，他們只關(guān)心與他們直接相關(guān)的事情，我為此歸納了四點：一、提高產(chǎn)量，就是用現(xiàn)有的設(shè)備如何生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品；二、提高質(zhì)量，就是如何降低廢品和次品率，或者提高產(chǎn)品的質(zhì)量等級；三、減少設(shè)備的故障，保證生產(chǎn)流程的正常，用資本市場的話來說，就是提高固定資產(chǎn)的利用率；四、減少能源和物料的消耗，也就是降低成本。
        做到了以上四點，就工廠來說，其*目的就是為了提*。做不到上述四點中的任何一點，你的自動化產(chǎn)品即便如花一樣美麗，用戶也不會有任何興趣。
        而上述四點要做到，是與自動化系統(tǒng)分不開的，可以說，沒有自動化配合根本是辦不到的。但是，僅有自動化系統(tǒng)也是不夠的，還要和工藝配合。比如，要提高一臺印刷機的產(chǎn)量，關(guān)鍵就是要提高轉(zhuǎn)速，要提高轉(zhuǎn)速，不僅電機速度要跟上，相應(yīng)的控制系統(tǒng)，如PLC的程序也要跟著改動。而提速會帶來一系列的問題，比如抖動增加，會導(dǎo)致印刷質(zhì)量下降，這時，就要對變速箱、收卷機構(gòu)等機械部分要進(jìn)行改動，甚至連印刷版輥都要改變，而所有這些改變，都需要自動化系統(tǒng)的配合，而且需要自動化方面的技術(shù)人員提供整體的一攬子方案，否則，在調(diào)試的時候，會出現(xiàn)大量的問題，而導(dǎo)致改造的失敗。
        但是，如果自動化的技術(shù)人員能夠提供一個合理的方案，針對整臺機器進(jìn)行*的改進(jìn)的話，那么，即便所增加的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自動化系統(tǒng)所增加的成本，對工廠來說，依然是很合算的。例如，一臺軟包裝生產(chǎn)線，設(shè)備的造價通常在五百萬人民幣左右，通過將主軸改為無軸系統(tǒng)，再提速20%，大約會增加100萬左右的成本，其中自動化部分可能只有30萬左右，其余的是機械的改動和試機時需要耗費的原料。但這樣的改造成功后，每年可以為工廠增加大約2000萬元的產(chǎn)值，帶來大約400萬元的利潤，這筆帳，工廠的老板當(dāng)然一算就很清楚，如果他了解了這一點，就算你不建議他上自動化系統(tǒng)，他也立馬會來找你或找其它的自動化集成商來完成此事。
        但常見的情形是，在上面的軟包裝生產(chǎn)線的案例中，一個自動化公司為工廠提供了一個大約40萬元的改造方案，老板當(dāng)然很高興。開始實施后，出現(xiàn)了這樣那樣的問題，于是一個一個地去解決，不僅耽誤了時間，而且效果也不好。由于自動化公司對機械沒有*掌握，事先沒有預(yù)料到會出現(xiàn)什么樣的情況，因此，解決起來自然也是無從下手。往往過了半年甚至一年，問題還是沒有解決，不僅自動化系統(tǒng)的投入看來是扔到了水里，而且光是試機用的紙張，就達(dá)到了幾十萬甚至百萬元（印刷機的情況還好一些，如果是卷煙機械，一天的材料損失就可能幾十萬元）。這時，工廠的老板產(chǎn)生不信任甚至是怨恨的心情，當(dāng)然是很正常的了。
        這樣的結(jié)果對用戶和自動化方案提供商雙方來說都是一種災(zāi)難，而且是屢見不鮮的?？v觀中國的自動化市場，能夠為用戶提供全面解決方案的自動化公司，是不多見的。因此，作為自動化公司來說，要想真正能夠穩(wěn)穩(wěn)地占領(lǐng)市場，就必須要跳出自動化的圈子，將注意力集中到用戶的工藝那里，首先要考慮如何改進(jìn)工藝，然后才能根據(jù)工藝的改進(jìn)來設(shè)計自動化系統(tǒng)，并且要對用戶的工藝、操作、機械、甚至原料和輔料的改進(jìn)等方面，提供整體的全面解決方案。
        如果真正能做到這一點，那么自動化行業(yè)的系統(tǒng)集成商和制造商都會面臨一個非常大的市場空間。這似乎是一個悖論，只有當(dāng)我們將注意力從自動化方面移開的時候，才能真正地發(fā)展自動化產(chǎn)業(yè)。但是，仔細(xì)的想想我們的生活和工作中，這個悖論似乎不僅僅適用于自動化專業(yè)。
        因此，現(xiàn)在的自動化公司，尤其是中國的自動化公司，不能仍然將目光局限在自動化系統(tǒng)的內(nèi)部，而是要向用戶的工藝再深入了解一層，要把用戶的機械參數(shù)、電氣參數(shù)，尤其是用戶機械設(shè)備的運行工藝，要使自己成為用戶的行業(yè)專家和導(dǎo)師。只有當(dāng)你了解了工藝，才能更好地做出來合用的自動化方案，提供較合理的自動化與控制產(chǎn)品。而一旦當(dāng)你能夠這樣做了，你的市場就會如滔滔江水，源源不絕，訂單不僅像雪片般飛到，效益也不用擔(dān)心了。
        而工藝是隔行如隔山的，因此，要求我們的任何一家公司在近期，可能要集中一個到幾個行業(yè)，深入下去，*了解用戶的工藝，在一個客戶這里將相關(guān)的工藝了解通透后的，并取得實際運行的經(jīng)驗，就可以在同行業(yè)內(nèi)對該項目進(jìn)行復(fù)制和推廣，這樣，公司可以做成一個專業(yè)的OEM服務(wù)公司，而且，公司的供貨范圍可能不會只局限在PLC方面，而是可能擴展到人機界面、變頻器、低壓電器、傳動裝置等多個產(chǎn)品，使公司在同一個客戶那里可以挖掘出更大的營業(yè)額和利潤出來。
我希望，也相信在不遠(yuǎn)的將來能夠看到許多現(xiàn)在的自動化集成或代理公司會成為一些專業(yè)行業(yè)機械的改造的解決方案的代理和推廣。而只有這樣的風(fēng)氣起來后，國產(chǎn)PLC的廠家才有可能再上一個新的臺階，離搶占一部分可觀的*也就不遠(yuǎn)了。這里我說的份額是會讓那些*的PLC供應(yīng)商感覺心驚肉跳的份額，而不是可憐的一點點殘羹冷炙。那時候，再來和工控同行們談國產(chǎn)PLC的時候，我可能不會這么汗顏了。
但是，我也告誡工控同行們，我們一定要有耐心。這耐心，還不像王常力所說的“要耐得住”那么簡單，還要有一種不怕輸、不灰心、不氣餒的韌勁，要有軟磨硬泡和死纏爛打的勁頭；無論是從事PLC的研發(fā)、生產(chǎn)還是營銷工作，都要帶有一種令人生畏甚至令人的耐心與決心，只有這樣，才能盡快讓國產(chǎn)的PLC早日在市場上占有一席之地，達(dá)到我上面說的程度

基本結(jié)構(gòu)折疊編輯本段
可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為:

一、電源

可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去

二、*處理單元(CPU)

*處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。

三、存儲器

存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。

存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

四、輸入輸出接口電路

1.現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。

2.現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。

五、功能模塊

如計數(shù)、定位等功能模塊。

六、通信模塊

工作原理折疊編輯本段
當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

一、輸入采樣階段

在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入?？删幊踢壿嬁刂破?br />可編程邏輯控制器

二、用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用;相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。

三、輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。

功能特點折疊編輯本段
可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點。

1.使用方便，編程簡單

采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。

2.功能強，性能價格比高

一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。

3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強

PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和小型交流接觸器。

硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。

4.可靠性高，抗*力強

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。

PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗*力，平均*時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶*為較可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。

5.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少

PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。

PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖的時間比設(shè)計相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。

PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。

6.維修工作量小，維修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故

發(fā)展歷史折疊編輯本段
起源 折疊

1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求;

1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了*臺可編程邏輯控制器PDP-14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，*采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是*代可編程邏輯控制器，稱Programmable Logic Controller，簡稱PLC，是*的*臺PLC。

1969年，美國研制出世界*臺PDP-14;

1971年，日本研制出*臺DCS-8;

1973年，德國西門子公司(SIEMENS)研制出歐洲*臺PLC，型號為SIMATIC S4;

1974年，中國研制出*臺PLC，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)展 折疊

20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。

20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及*的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。

20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在*工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。

20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展較快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。

系統(tǒng)集成折疊編輯本段
在制造工業(yè)中存在大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作號按照時序動作;另外還有與順序、時序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護動作的控制;以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計時、計數(shù)器、模擬量的越限報警等狀態(tài)量為主的-離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，使PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。PLC廠家在原來CPU模板上提逐漸增加了各種通訊接口，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展，使PLC的應(yīng)用范圍越來越廣泛。 PLC具有穩(wěn)定可靠、價格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護方便的優(yōu)點，這是它能持久的占有市場的根本原因。

PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，有母板，數(shù)字I/O模板，模擬I/O模板，還有特殊的定位模板，條形碼識別模板等模塊，用戶可以根據(jù)需要采用在母板上擴展或者利用總線技術(shù)配備遠(yuǎn)程I/O從站的方法來得到想要的I/O數(shù)量。

PLC在實現(xiàn)各種數(shù)量的I/O控制的同時，還具備輸出模擬電壓和數(shù)字脈沖的能力，使得它可以控制各種能接收這些信號的伺服電機，步進(jìn)電機，變頻電機等，加上觸摸屏的人機界面支持，施耐德的PLC可以滿足您在過程控制中任何層次上的需求。

選型規(guī)則折疊編輯本段
在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)?？删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性等，后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

一、輸入輸出(I/O)點數(shù)的估算

I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%~20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進(jìn)行圓整。

二、存儲器容量的估算

存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。

存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10~15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)(16位為一個字)，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。

三、控制功能的選擇

該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

1、運算功能

簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能;普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能;較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等;大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。

2、控制功能

控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定?？删幊踢壿嬁刂破髦饕糜陧樞蜻壿嬁刂?，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。

3、通信功能西門子6ES71936AF000AA0總線適配器

大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(如TCP/IP)，需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。

可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等;大中型可編程邏輯控制器通信總線(含接口設(shè)備和電纜)應(yīng)1:1冗余配置，通信總線應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。

可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負(fù)荷不大于60%。可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式:

1)、PC為主站，多臺同型號可編程邏輯控制器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò);

2)、1臺可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站，構(gòu)成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò);

3)、可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng);

4)、可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)(各廠商的可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡(luò))。

為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的(如點對點、現(xiàn)場總線、)通信處理器。

4、編程功能

離線編程方式:可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式:CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。

五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言:順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)(IEC6113123)，同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

5、診斷功能

可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。

可編程邏輯控制器的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。

6、處理速度

可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。

處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)?？删幊踢壿嬁刂破鹘狱c的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時間約0.2~0.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期(處理器掃描周期)應(yīng)滿足:小型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.5ms/K;大中型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.2ms/K。

四、可編程邏輯控制器的類型

可編程邏輯控制器按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類;按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。

整體型可編程邏輯控制器的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng);模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。

五、PLC輸入/輸出類型

開關(guān)量

開關(guān)量主要指開入量和開出量，是指一個裝置所帶的輔助點，譬如變壓器的溫控器所帶的繼電器的輔助點(變壓器超溫后變位)、閥門凸輪開關(guān)所帶的輔助點(閥門開關(guān)后變位)，接觸器所帶的輔助點(接觸器動作后變位)、熱繼電器(熱繼電器動作后變位)，這些點一般都傳給PLC或綜保裝置，電源一般是由PLC或綜保裝置提供的，自己本身不帶電源，所以叫無源接點，也叫PLC或綜保裝置的開入量。

1、數(shù)字量

在時間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號叫數(shù)字信號。把工作在數(shù)字信號下的電子電路叫數(shù)字電路。

例如:

用電子電路記錄從自動生產(chǎn)線上輸出的零件數(shù)目時，每送出一個零件便給電子電路一個信號，使之記1，而平時沒有零件送出時加給電子電路的信號是0，所在為記數(shù)。可見，零件數(shù)目這個信號無論在時間上還是在數(shù)量上都是不連續(xù)的，因此他是一個數(shù)字信號。小的數(shù)量單位就是1個。

2、模擬量

在時間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號叫模擬信號。把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路。

例如:

熱電偶在工作時輸出的電壓信號就屬于模擬信號，因為在任何情況下被測溫度都不可能發(fā)生突跳，所以測得的電壓信號無論在時間上還是在數(shù)量上都是連續(xù)的。而且，這個電壓信號在連續(xù)變化過程中的任何一個取值都是具體的物理意義，即表示一個相應(yīng)的溫度。

六 轉(zhuǎn)換原理

1. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的系統(tǒng)，一般用低通濾波即可以實現(xiàn)。數(shù)字信號*行解碼，即把數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電平，形成階梯狀信號，然后進(jìn)行低通濾波。

根據(jù)信號與系統(tǒng)的理論，數(shù)字階梯狀信號可以看作理想沖激采樣信號和矩形脈沖信號的卷積，那么由卷積定理，數(shù)字信號的頻譜就是沖激采樣信號的頻譜與矩形脈沖頻譜(即Sa函數(shù))的乘積。這樣，用Sa函數(shù)的倒數(shù)作為頻譜特性補償，由數(shù)字信號便可恢復(fù)為采樣信號。由采樣定理，采樣信號的頻譜想低通濾波便得到原來模擬信號的頻譜。

一般實現(xiàn)時，不是直接依據(jù)這些原理，因為尖銳的采樣信號很難獲得，因此，這兩次濾波(Sa函數(shù)和理想低通)可以合并(級聯(lián))，并且由于這各系統(tǒng)的濾波特性是物理不可實現(xiàn)的，所以在真實的系統(tǒng)中只能近似完成。

2. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)，是一個濾波、采樣保持和編碼的過程。

模擬信號經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號，然后通過編碼器， 使得階梯狀信號中的各個電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。

選擇型號折疊編輯本段
PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號不同,對應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等均各不相同,適用的場合也各有側(cè)重。因此,合理選用PLC,對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)有著重要意義。

PLC機型的選擇

PLC的選擇主要應(yīng)從PLC 的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下,力爭的性能價格比。選擇時應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式,安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求,響應(yīng)速度要求,系統(tǒng)可靠性的要求,機型盡量統(tǒng)一等因素。

一、合理的結(jié)構(gòu)型式

PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。

整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜,且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中;而模塊式PLC的功能擴展靈活方便,在I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大,且維修方便,一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

二、安裝方式的選擇

PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。

集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I/O硬件,系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低;遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng),系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣,遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近,連線短,但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I/O電源;多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制,又要相互的場合,可以選用小型PLC,但必須要附加通訊模塊。

三、相應(yīng)的功能要求

一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能,對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。

對于以開關(guān)量控制為主,帶少量模擬量控制的系統(tǒng),可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元,具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復(fù)雜,要求實現(xiàn)PID運算 、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能,可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度,選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴,一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。

四、響應(yīng)速度要求

PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器,不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC,或者某些功能或信號有特殊的速度要求時,則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度,可選用具有高速I/O處理功能的PLC,或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。

五、系統(tǒng)可靠性的要求

對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng),應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。

六、機型盡量統(tǒng)一

一個企業(yè),應(yīng)盡量做到PLC的機型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題:

1)機型統(tǒng)一,其模塊可互為備用,便于備品備件的采購和管理。

2)機型統(tǒng)一,其功能和使用方法類似,有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。

3)機型統(tǒng)一,其外部設(shè)備通用,資源可共享,易于聯(lián)網(wǎng)通信,配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。